HAIシンポジウム2007

2E-2

Human-Agent Interaction Simposium 2007

次元トラックボールを用いた身体的アバタ操作の評価
石井裕Ý

大崎 浩司ÝÝ

渡辺富夫ÝÝÝ ÝÝÝÝ好弘Ý

伴神戸大学 学術情報基盤センター 〒  兵庫県神戸市灘区六甲台町 
岡山県立大学大学院 情報系工学研究科 〒  岡山県総社市窪木 
岡山県立大学 情報工学部 〒  岡山県総社市窪木 
科学技術振興事業団 戦略的創造研究推進事業     !  "! 
あらまし

本研究は仮想同一空間内に対話者自身及び対話相手の身体的アバタを配置して互いのインタラクションをとらえられることで，遠隔においてもより効果的なコミュニケーションを実現することを目的としている．これまでにこの身体的アバタのコミュニケーション動作を直接的に合成する入力として手指に着目し，新たに手指動作入力によるアバタとして を提案し，プロトタイプを開発して効果を確認した．本稿では  の頭部動作をより直感的に操作することができる

次元トラックボールを開発している．身体全体が自由に動かせないなど，制約的なコミュニケーション状態での手指動作入力アバタの操作について，組  人を被験者としたコミュニケーション実験により官能評価を行うとともに，システムの有効性を示している．
キーワード ヒューマンインタラクション，身体的アバタ，手指動作入力， 次元トラックボール   Ý          ÝÝ   ÝÝÝ ÝÝÝÝ    Ý

#$%!  & '( !% ) *+%!(&  ,&  ) -(' . /%&!  $ (! '%' 0( 1%$!% *+%!( )   0( . 2!( $  !%  & (! '%' 0( 1%$!% *+%!( )  0(  . .
    !  "!                                     
                !     !     "     



 !        !          #     "   $   %   "   "   &  '      ( "     )  "  "        !  !  #  #  %   * + # ,  # * - +# % $ 

 はじめに人間のコミュニケーションにおいては，時空間の共有とともコミュニケーションはより自然かつ普遍的なものと言える．遠隔においても対話者相互の身体を介したコミュニケーションを実現するために，対話者の代役となるアバタを用いてコミュニに互いの身体を介在したインタラクションによって情報共有をケーションを支援する様々な検討がなされている 行っている．対面コミュニケーションに代表されるこの身体的際，対話者に想定される共有空間において，互いのインタラク．この-1-

ションを効果的にとらえるためには，対象となる空間つまりコミュニケーション場における自己の振る舞いを知覚できることが不可欠である．対話空間が実空間であり，コミュニケーションにおいて自己の身体性が機能する場所が一致している場合，対話者は自己の振る舞いを意識的にとらえる必要性は少ない．
しかし遠隔の対話者と仮想空間を共有する場合，自己アバタの機能としては対話者の存在を仮想空間に位置付けるだけでなく，対話相手とのインタラクションをとらえる上で重要な役割を果たしている．この自己アバタの操作手段によっては，空間に共図に存在している感覚としての共存在感を全く得られない可能性



身体的アバタを介したインタラクション       もあり，仮想空間内でのアバタ同士の関係性だけでなく，対話者とアバタの関係性についても注目する必要がある．
著者らはこれまでに，より対話者の身体性に着目し，磁気センサを利用して対話者上半身の身体動作を忠実に再現する人型

  ，及びよりプリミティブなオブジェクトによりコミュニケーションリズムに特化した波型の    にのよる身体的バーチャルコミュニケーションシステムを提案し，

図

システムの有効性を確認してきた   ．また，身体全体が動かせない場合の代用として，手指動作入力によるアバタである  のコンセプトを提案し，手袋型センサを用いたプロトタイプシステムを開発している  ．さらにこの身体的アバタの動作入力について，特別なセンサを必要とせず，より簡易に対話者の身体特性を表現できるアバタの構築を目的として，直接的な入力特性により対話者の身体動作を線形写像的に操作できるトラックボール式

  を開発している ．


本研究では，コミュニケーション実験によりこのトラックボー  の有効性を確認するとともに，操作対象であるボールに対して，より  キャラクタの頭部動作ル入力によるとしてのメタファを活用するために，一つの操作対象でアバタ身体的バーチャルコミュニケーションシステム

         のインタラクション分析が可能である．これまでにシステムを用いて，身体的アバタ動作と自己の振る舞いが矛盾的に異なる場合に対話相手とのインタラクションに影響を与えるなど，そのコミュニケーションにおける効果について報告するとともに，システムの有効性を示してきた   ．

¾º ¾ ポインティングデバイスによる手指動作入力
入院中の患者など，図 のように身体全体が動かせない状況でも円滑なインタラクションを支援することを目的として，上   を操作するための手袋型センサによる   を開発している ．擬人的キャラ
半身の動作を再現する

 自由度を有する  次元トラックボールを開発し クタによるアバタの直接的操作に着目したコミュニケーションている ．この  次元トラックボール及びワイヤレスマウス，支援システムとしては，小泉らのハンドパペット型ロボティックトラックボール， 次元マウスの  デバイスを比較するコミュユーザインタフェース や，伊藤らのパペットインタフェースを操作できる





ニケーション実験を行い，アンケートによる官能評価結果よりシステムの有効性を確認している．

 手指動作入力による身体的アバタ¾º ½ 身体的バーチャルコミュニケーションシステム
遠隔地において身体的な対話を可能にすることを目的として，これまでに磁気センサを用いて キャラクタを動作させるこ などが挙げられ，その他研究開発が行われているが ，身体的インタラクションの観点からの自己アバタ操作やアバタインタラクションについては検討されていない．また一方で，一般的な

 環境でのコミュニケーション支援を考慮した場合，専用のデバイスの存在は利用を阻害するケースも考えられるため，他のアプリケーション操作と共有できるデバイスを効果的とができる身体的バーチャルコミュニケーションシステムを開   は  個の磁気センサを頭頂部，腰部，両手首に着けて上半身を再現し，   は  個の磁気センサを頭頂発している（図 ）．このシステムは，磁気センサを利用して部に着けて頭部運動のリズムを特徴的に表現しており，それぞれ自己の身体的アバタとして効果的に振る舞い，対話相手と同一仮想空間を共有して円滑なインタラクションをとらえながら

対話を行うことができる（図 ）．さらに身体的コミュニケーションの分析・評価に有効であり，対話者のアバタ配置等の対話空間操作だけでなく，対話者とアバタ間に意図的に矛盾を与図

手指動作入力による応用例

            えることで同一性，一貫性を修正する課程を調べるなど，各種-2- デバイスの一対比較結果

表 
3ᰴర䊙䉡䉴図3ᰴర䊙䉡䉴䊃䊤䉾䉪䊗䊷䊦䊪䉟䊟䊧䉴䊙䉡䉴

使用したデバイス         に利用する方法を検討する必要がある．

ミュニケーションシステムを開発しているは球状の操作対象により

䊃䊤䉾䉪䊗䊷䊦䊪䉟䊟䊧䉴䊙䉡䉴

618177131735724
ᐔဋ1012．トラックボール

 キャラクタの頭部動作としての8メタファを活用できるため，対話者の直接的な操作を反映した身体的なアバタを構築し，対話者相互のアバタを介すること4で円滑なコミュニケーションを支援することができる．使用し0      （図3ᰴర ࠻࡜࠶ࠢ ࡢࠗࡗ࡟ࠬࡑ࠙ࠬࡑ࠙ࠬ ࡏ࡯࡞たトラックボールは， ）で，操作軸を捉えやすくするために，操作対象である球の直径がより大きいものを選定した．アバタ動作は，トラック図!

ボールの前後移動をうなずき方向（ピッチ回転），左右移動を !  " #  モデルに基づく表 の評価比     " #   首をかしげる方向（ロール回転），ホイールの移動を否定方向（ヨー回転）に対応させた．ここで対話者の音声は，ヘッドว⸘

16

るトラックボールに着目し，ポインティングデバイスによるコ  π20

そこで本研究では，操作特性を簡略化し直接的に表現でき 

対比較を行った結果である．また図 はその結果に対して!"# 接続の外付けサウンドボード $ %& #'87%8 モデル 9式 :; に基づいて算出した評価比 （平" ' #( "%$ !)&* +, 経由で - .//01 で 均 / である．
サンプリングして //-2 経由で相互に送受信し，
 <=対話相手側のヘッドセットより出力している．また    3' 4, を 5" とした  を使用して，３次元モデリング< < /   /  
ソフト ' 6 により作成されたキャラクタを ) , により秒間 / フレームで動作させている．
（ > が に勝つ確率， > の強さ量）

セットにより

¾º ¿ 評 価 実 験

 組  人を対象として，トラックボール及び一般的なワイヤレスマウス及び  次元マウスによるシステムを比較するコミュニケーション実験を行った．比較対象としての  次元
対話者

マウスは，トラックボールと同様に操作中に把持する対象とし 次元マウス " # ((/// を用いてシステムを構築した（図 - ）．またワイヤレて球体を利用したデバイスである

スマウスを用いたシステム構成は，上下運動をうなずき方向（ピッチ回転），左右方向を疑問方向（ロール回転），ホイー
ルの前後回転を否定方向（ヨー回転）にそれぞれ対応付けている．有線接続によるマウスは，ケーブルが操作に影響を与える可能性があるため，光学式ワイヤレスマウス（

(57)/!$#）を用いている（図  ）． つのデバイスそれぞれについて各場面  分間ずつ対話させて評価させた．それぞれのデバイスについて，対話者の入力が停止した際にアバタの姿勢を初期状態に戻す場合と，そのままのアバタ姿勢を維持する場合の２パターンを使用しており，計 パターンの  分間

その結果，トラックボールが非常に高く評価され，次にワイ

ヤレスマウス， 次元マウスの順で評価されていることが分かる．なお，尤度比検定  // <    < /? によりモデルの妥当性を確認している．
またアンケートの自由記述欄からは，アバタ姿勢の初期戻し機能についてデバイスにかかわらず肯定的な意見が確認されたが，トラックボール使用時に「右下を向いていて欲しいときなどの操作がしづらかった」などとインタラクションへの影響を示唆するコメントが見られた．各デバイスの操作の慣れについてのコメントも多く，ワイヤレスマウスについては操作に違和感を感じる対話者はほとんど確認されなかったが，逆に「操作はし易いが，面白みがない」などコミュニケーション全体でとらえた場合にはやや否定的な評価も見られた．

  次元トラックボールの開発¿º ½ プロトタイプシステム
前章で簡易入力デバイスとしてのトラックボールを用いた

  は高く評価されたが，一方で操作対象がボール は，実験終了後にアバタ姿勢の初期戻しの有無にかか とスクロールホイールの２つとなるため操作しにくいという意
わらず最も使用したいという観点から各デバイスについて一見も得られた．そのため本研究では，１つの操作対象で  軸をで対話を行った．
表-3-߁ߥߕ߈ᣇะ㧔ࡇ࠶࠴࿁ォ㧕⇼໧ᣇะ㧔ࡠ࡯࡞࿁ォ㧕zุቯᣇะ㧔࡛࡯࿁ォ㧕図$

回転と頭部動作対応 $      
図'zゲᣇะశቇ࠮ࡦࠨ࡮ࠛࡦࠦ࡯࠳ 次元トラックボールのプロトタイプ

 '    ࠬࠢࡠ࡯࡞ࡎࠗ࡯࡞ࡄ࡞ࠬ౉ജ ( 回路構成 つのデバイスによる評価とした．コミュニケーション実験の様子を図 A に示す．
各デバイスに対して  項目について ? 段階（=〜 ，中立/）で評価したアンケート結果について，説明上平均及び標準偏差を算出したものを図 / に示す．トラックボールおよび  次 % & 元トラックボールが共に高く評価されており，それぞれの評価USB಴ജဳࡑ࠙ࠬࠦࡦ࠻ࡠ࡯࡞
࿁〝

ᠲ૞ㇱ

USB಴ജ

を加えて

PCx,yゲᣇะశቇ࠮ࡦࠨ࡮
ࠛࡦࠦ࡯࠳x,yゲᣇะࡄ࡞ࠬ౉ജ

図%

操作できるxy 次元トラックボールの開発を行った．図  は操作対象であるボール回転とアバタ頭部動作対応である．ボールの 軸回転がうなずき方向，8 軸が疑問方向，1 軸が否定方向にそれぞれ対応している．動作対応は前節で用いた  次元マウスと同様であるが， 次元マウスは力覚センサのために操作対象は初期状態に戻るが， 次元トラックボールの場合ユーザの操作は同様の傾向を示している．これは両デバイスが同一の球体を操作対象としており，比較したアンケート項目に関して大きな差が無かったものと思われる．また図より， 次元マウスがかなり低く評価されていることがわかる．特に「操作し易さ」の. 節で述べた通り， 次元マウス項目で低く評価されている．

は力覚センサであり操作後に球体は初期状態に戻るため，アバタ動作との整合が得られにくかった可能性も考えられる．

コーダ経由の出力を取り込み， 軸方向の変位計測を行うこと

 は，実験終了後に最も使用したいという観点から各 は
表  の結果に対して #'87%8 モデル 9式 :; に基づいて算出した評価比 （平均 / である．結果については尤度比検定   // <    < ? によりモデルの妥当性をにより， 自由度を有する確認している．

後は球体が静止するという違いがある．
図? にプロトタイプデバイスの回路構成を示す．スクロール

ホイールの入力部が光学式センサ及びエンコーダで構成される
マウスコントロール回路に対して，同じく光学式センサ・エン1

る．これまでに

 次元トラックボールを構成してい 自由度以上を有するトラックボールの提案は次に表デバイスについて一対比較を行った結果である．また図

その結果

 次元トラックボールが高く評価されていることがいくつか検討されているが，操作対象であるボールの回転のみわかる．これは一つの操作オブジェクトで否定方向（ヨー回転）に着目し， 軸回転を直接検出した例は見られない も含めて頭部動作がより直感的に操作可能であることが評価さ

1

．この構成に基づいて実際に構築したプロトタイプデバイスを図に示す．対話者@

 名によるユーザテストの結果，仮想空間内のれたものと考えられる．その他

 次元トラックボールを除いた自己アバタとボール操作が一致していることに肯定的な意見が多く，デバイスの有効性が示唆された．

¿º ¾ コミュニケーション実験
開発した 次元トラックボールのプロトタイプシステムの評 組 / 人を対象にコミュニケー価を目的として，男女学生ション実験を行った．本実験でのアバタ動作については，対話者からの入力に対してはそれぞれアバタ動作に対応するが，入力が途切れた場合すぐに初期状態に戻るのではなく，入力停止から 秒後に初期状態に戻る設定とした．これは予備実験において，対話者からアバタを初期状態に戻せないという意見が得られたため，インタラクションに影響を与えない範囲で入力停止後にアバタを戻す設定とした．実験は前章で示した

 デバイ図) )  実験の様子

        ス（図 ）を用いた実験環境において， 次元トラックボール

-4-A

3

B

C

DEF得られた．トラックボールでは全体的に肯定的な意見が多く，「キャラクタに直接した動きができたと感じた」といった意見が得られた一方，「首を左右に回す動きが少し動かしにくかった」

2

というコメントがあった． 次元トラックボールでは「あまり1操作していることを意識せず出来ていた気がする」というアバタとして非常に効果的な評価が得られたが，「ボールを落としそ0うになりそうで，おそるおそる使いました」という意見も複数確認され，デバイス改良の必要性も指摘された．

-1

 お わ り に-2

本稿では，遠隔においても円滑な身体的インタラクションを-3A‫ޓ‬ᠲ૞ߒᤃߐB‫ޓ‬ኻ⹤ߒᤃߐ
C‫ޓ‬ᭉߒߐ
D‫⋧ޓ‬ᚻേ૞ߩಽ߆ࠅᤃߐ
E‫৻ޓ‬૕ᗵF‫ޓ‬ᠲ૞ߩ⋥ᗵᕈ

ٌ3ᰴరࡑ࠙ࠬ‫࡞࡯ࡏࠢ࠶࡜࠻غ‬٠ࡢࠗࡗ࡟ࠬࡑ࠙ࠬ
٤3ᰴర࠻࡜࠶ࠢࡏ࡯࡞

図 * 次元トラック

ボールのプロトタイプを開発し，コミュニケーション実験による官能評価結果よりシステムの有効性を確認した．本デバイス
は操作部であるボールを， キャラクタの頭部動作として操作するメタファを活用した簡易入力デバイスとして期待でき，本研究で構築したアバタ動作合成手法は，ポインティングデバ

アンケート結果

 * 



実現するアバタ操作のための 自由度を有するイスを利用したインタラクション支援システムにおいて有用な +   

手段である．今後対話者の身体動作とアバタ操作に着目し，身表3ᰴర䊙䉡䉴䊃䊤䉾䉪
䊗䊷䊦
䊪䉟䊟䊧䉴
䊙䉡䉴
3ᰴర
䊃䊤䉾䉪

25

 デバイスの一対比較結果

   

 3ᰴర䊙䉡䉴䊪䉟䊟䊧䉴䊙䉡䉴䊃䊤䉾䉪䊗䊷䊦

624522622π

体的インタラクションについて詳細に分析を行う予定である．

  3ᰴర
䊃䊤䉾䉪

ว⸘

25

43528

860

41126

文

, - 宮島，下地，藤田. 視線と存在の擬似アウェアネス機能を有する
共有仮想空間コミュニケーションシステム，日本バーチャルリ
アリティ学会論文誌，/  * 0  1 % 2'* 3**!4．
,- 廣瀬，小木，玉川，山田：没入型コミュニケーションのための
高臨場感ビデオアバタ，ヒューマンインタフェース学会論文誌，/ ，0 ，!!2$ 3***4．

74,- 5  1 6. 5  # #         #   1 7 #&   1 / 1  %%2 ' 3 )))4
,- 石井，渡辺. 身体的バーチャルコミュニケーションシステムを用いた /    の対話配置の評価，ヒューマンインタフェー
ス学会論文誌，/  0 1 2!* 3**4．
,!- 石井，渡辺. 聞き手の /    の頭部動作を矛盾的に止めᐔဋ10201510,$-50

図,%-3ᰴర ࠻࡜࠶ࠢࡢࠗࡗ࡟ࠬ 3ᰴరࡑ࠙ࠬ ࠻࡜࠶ࠢࡑ࠙ࠬ ࡏ࡯࡞,'-" #  モデルに基づく表  の評価比         " #    デバイスに対する評価は，前章で行った図  とほぼ同様の傾向を示しており，結果の再現性が確認された．

,), *-

また，アンケートの自由記述欄において， 次元マウスでは「横方向の顔の位置調整がとても難しい」，「力加減が難しく，少しだけ動かしたい場合でも動きすぎ，一体感がなかった」など否定的な意見が目立った．ワイヤレスマウスでは「扱い慣れているからか操作し易かった」という意見が大半を占めており，「マウスパッドの端まで行くと使いにくかった」などの意見が献,た身体的コミュニケーションの合成的解析，ヒューマンインタ
フェース学会論文誌，/  0 1 )2 $ 3**4．
石井，渡辺. 身体的バーチャルコミュニケーションシステムにおける身体的アバタの手指動作入力の検討，電子情報通信学会技術研究報告，/  *!1 0  !'1  )!2 ** 3**!4．
石井，大崎，渡辺. トラックボール入力による身体的アバタ操
作の評価，ヒューマンインタフェース学会研究報告集， / )10 1 !2* 3**%4．
石井，大崎，渡辺，伴. 身体的アバタ操作のための  次元トラッ
クボールの開発，ヒューマンインタフェースシンポジウム **%論文集1 !)%2$** 3**%4．
小泉，清水，杉本，新居，稲見. ハンドパペット型ロボティック
ユーザインタフェースの開発，日本バーチャルリアリティ学会
論文誌，/  1 0 1 $!2% 3**$4．
伊藤，沖元，山口，鈴木，佐藤：実体概念を利用したパペットを媒体とするコラボレーション環境，ヒューマンインタフェース
シンポジウム )$ 論文集，$ 2$' 3 ))$4．

- 6  1 8  91 :. ;      5#            #  ; )       < (      7     &    3=#
50***4，$2 3***4．
, - 棚瀬，神原，竹村，横矢. 人形型インターフェイスを用いた共有
仮想環境におけるコミュニケーションの実現，日本バーチャルリアリティ学会第 ! 回大会論文集， 2 3***4．

-5-

, - 米澤，クラークソン，間瀬. 文脈適応型音楽生成をともなうぬい
ぐるみインタラクション，情報処理学会論文誌，/ 1 0 '1' *2'* 3**4．
, - 鈴木.  マイクロトラックボール，情報処理学会ヒューマンインタフェース研究会報告，/ )'1 0 !1 !%2$* 3 ))'4．
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